CN110003869B - 一种基于膨胀颗粒与可固化颗粒的裂缝堵剂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于膨胀颗粒与可固化颗粒的裂缝堵剂，属于油田调剖堵水技术领域，该裂缝堵剂由分开独立保存的膨胀颗粒、可固化颗粒和固化剂组成，可固化颗粒与固化剂的质量比为100:5～20，膨胀颗粒的含量无限定，可固化颗粒由质量比为100:5～15的硬粒内核和覆膜树脂组成。本发明中可固化颗粒强度大、耐温耐盐能力强，具有广泛的油藏适用性；可固化颗粒形成的不可动段塞具有筛网拦截作用，可显著提高膨胀颗粒在裂缝中的突破压力梯度，促使膨胀颗粒滞留于裂缝内持续发挥堵水作用，同时，该不可动段塞具有渗透能力，允许水、破胶剂等通过以解除膨胀颗粒的卡堵，使裂缝封堵具有可恢复性。本发明在油田堵水中具有较好的堵水效果。

Description

一种基于膨胀颗粒与可固化颗粒的裂缝堵剂

技术领域

本发明属于油田调剖堵水技术领域，具体涉及一种基于膨胀颗粒与可固化颗粒的裂缝堵剂。

背景技术

油井高含水是各大油田开发过程中普遍面临的技术难题，它不仅降低原油采收率，而且增加原油生产成本。化学法调剖堵水是缓解油井高含水的常用调控手段，调剖过程中，调剖剂进入高含水层可显著增大该层渗流阻力，令低渗透层启动，波及效率提高；堵水过程中，堵剂进入出水层形成强力堵塞，阻止水流入井内，明显降低油井产水。在众多调堵剂中，膨胀颗粒被公认为是最为经济高效的选择之一。膨胀颗粒在地面合成，能够克服就地聚合物凝胶的天生缺陷，成胶性能可控，注入工艺简单。同时，膨胀颗粒尺寸从微米级至厘米级可调，非常适合处理裂缝出水问题。膨胀颗粒以悬浮液注入地层，在油藏条件下吸水膨胀、充填裂缝，可有效减小裂缝中水相流动空间。

专利文件CN106317315B公开了一种由单体、天然胶乳、强度改进剂、N,N-亚甲基双丙烯酰胺和引发剂组成的油藏裂缝封堵用缓膨吸水颗粒。纪成等在《裂缝性油藏耐温耐盐调驱剂的制备及性能评价》中报道了一种由丙烯酰胺、二甲基二丙烯酰胺基磺酸钠为共聚单体，以过硫酸铵为引发剂，N，N-亚甲基丙烯酰胺为化学交联剂，锂皂石为物理交联剂的耐温耐盐膨胀颗粒。这些技术各具特色，推动了膨胀颗粒在裂缝油藏的应用。

然而，由于膨胀颗粒与储层岩石之间作用力较弱，单独采用膨胀颗粒进行裂缝堵水极易在油井恢复生产后出现颗粒从油井“反吐”的现象，极大影响堵水效果。因此，改善膨胀颗粒在裂缝中的滞留能力对提高其裂缝堵水成功率具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于膨胀颗粒与可固化颗粒的裂缝堵剂，该裂缝堵剂能够提高膨胀颗粒在裂缝中的滞留能力，可以获得较好的堵水效果。

本发明的技术方案如下：

一种基于膨胀颗粒与可固化颗粒的裂缝堵剂，该裂缝堵剂由分开独立保存的膨胀颗粒、可固化颗粒和固化剂组成，所述可固化颗粒与固化剂的质量比为100:5～20，膨胀颗粒的含量没有特别的限定，可在常规裂缝堵水颗粒用量范围内适当选择。

所述固化剂为乙二胺、三甲基六亚甲基二胺、六亚甲基四胺、多聚甲醛、聚壬二酸酐、偏苯三酸酐、对甲苯磺酸、苯磺酰氯、双氰胺、二苯基甲基咪唑中的至少一种；

所述可固化颗粒由硬粒内核和覆膜树脂组成，所述硬粒内核与覆膜树脂的质量比为100:5～15；所述硬粒内核为石英砂、陶粒、玻璃球、浮石球、坚果壳、椰子壳中的至少一种；

所述覆膜树脂为酚醛树脂、环氧树脂、呋喃树脂、脲醛树脂、有机硅树脂、乙烯酯、聚酯树脂中的至少一种。

该可固化颗粒可采用如下方法制备：首先将硬粒内核预热至100～150℃后与粉末状的覆膜树脂混合、搅拌，形成均匀的混合物；将均匀的混合物放入150～200℃烘箱加热，每隔20min取出混合一次，2h后取出冷却，得到可固化颗粒团；将可固化颗粒团破碎、分离即得到表面均匀包覆树脂的可固化颗粒。

所述膨胀颗粒的种类没有特别的限定，本领域常规的各种吸水膨胀颗粒均可实现本发明的目的。然而，为在较广泛的油藏条件下产生良好的裂缝堵水效果，所述膨胀颗粒优选为由以下单体、填充剂在引发剂和交联剂作用下于50℃～70℃聚合交联得到的整体凝胶经造粒、粉碎而成，其原料及其质量组成如下：丙烯酰胺单体8％～16％，抗温抗盐单体2％～5％；填充剂16％～24％；所述引发剂用量为所述单体总质量的0.2％～1％；所述交联剂用量为所述单体总质量的0.1％～5％；其余为水；所述抗温抗盐单体为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸盐、N-乙烯基吡咯烷酮、N-烷基丙烯酰胺、N，N-二甲基丙烯酰胺中的至少一种；所述填充剂为纳米蒙脱石、蛭石、橡胶粉、纳米纤维素、活性氧化铝中的至少一种；所述引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵、偶氮二异丁腈、偶氮二异丁脒盐酸盐、偶氮二异丙基脒唑啉盐酸盐中的至少一种；所述交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺、甲醛、酚醛树脂、四烯丙基氯化铵中的至少一种。

所述膨胀颗粒和可固化颗粒的尺寸可以在常规裂缝调堵用颗粒尺寸范围内适当选择。然而，在保证可注入的前提下，膨胀颗粒的尺寸越大，可固化颗粒的尺寸越小，本裂缝堵剂的封堵效果越好。在优选情况下，所述可固化颗粒的直径为0.4～1mm。

本发明还提供了一种基于膨胀颗粒与可固化颗粒的裂缝堵剂的使用方法，包括以下步骤：在注入水携带下将膨胀颗粒注入地层裂缝，膨胀颗粒吸水膨胀形成充填段塞；在注入水携带下将可固化颗粒注入地层裂缝，将固化剂溶于水中，再将溶液状态的固化剂注入地层裂缝；堆积于裂缝内的可固化颗粒在油藏温度下与固化剂反应使得可固化颗粒之间以及可固化颗粒与裂缝壁面之间产生高强度联结，进而于裂缝内形成具有渗透能力的不可动段塞，不可动段塞类似于筛网，对油水流动的影响较小，但若膨胀颗粒在油井生产时运移至该处，则会卡堵在“网眼”中，进而滞留于裂缝内继续发挥堵水作用；所述可固化颗粒的注入质量与固化剂的注入质量比为100:5～20。

当然，膨胀颗粒在“网眼”中的卡堵也可通过向油井注水或破胶剂部分解除，从而赋予裂缝封堵可恢复性。

本发明的有益效果是：

1.可固化颗粒形成的不可动段塞具有筛网拦截作用，能显著提高膨胀颗粒在裂缝中的突破压力梯度，促使油井生产时运移至该处的膨胀颗粒滞留于裂缝内继续发挥堵水作用。

2.可固化颗粒形成的不可动段塞具有渗透能力，即使发生误堵也可保证裂缝具有可渗透性，同时，膨胀颗粒在可固化颗粒粒间形成的卡堵可通过向油井注水或破胶剂解除，使裂缝的封堵具有可恢复性。

3.可固化颗粒强度大、耐温耐盐能力突出，可与各种膨胀颗粒复合使用，具有广泛的油藏适用性。

附图说明

图1突破压力梯度测定实验流程图

图2实施例1突破压力梯度对比图

图3膨胀颗粒与可固化颗粒封堵裂缝断面图

图4实施例2突破压力梯度图

图5实施例3突破压力梯度图

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一、裂缝堵剂的制备

实施例1

将8g丙烯酰胺、2g2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸盐、1gN-乙烯基吡咯烷酮加入到69g清水中搅拌均匀，然后加入0.03g过硫酸铵、0.03gN,N-亚甲基双丙烯酰胺，待其充分溶解后加入20g纳米蒙脱石，再次搅拌均匀并放入60℃烘箱反应5h形成凝胶块，将凝胶块造粒、粉碎成直径0.85mm～1mm的颗粒，得到本发明的膨胀颗粒A1。

将20g2mm浮石球放入玻璃瓶中，并置于恒温箱预热至120℃；将2g酚醛树脂粉末加入预热的浮石中，并混合均匀；将混合物放入170℃烘箱加热，每隔20min取出混合一次，2h后取出冷却、分离，得到本发明的可固化颗粒B1。

将六亚甲基四胺作为本发明固化剂C1。

将A1、B1、C1分开独立保存，其组合即为一份基于膨胀颗粒与可固化颗粒的裂缝堵剂，当使用时先将膨胀颗粒A1、可固化颗粒B1、固化剂C1分别分散/溶解于20％NaCl溶液中，依次注入待处理油井，固化颗粒B1与固化剂C1的用量比为12∶1(质量比)。

实施例2

将实例1制备膨胀颗粒A1过程中制备的凝胶块造粒、粉碎成直径0.6～0.8mm的颗粒，得到本发明的膨胀颗粒A2。

将20g0.4～0.6mm陶粒放入玻璃瓶中，并置于恒温箱预热至120℃；将1.5g酚醛树脂粉末加入预热的陶粒中，并混合均匀；将混合物放入170℃烘箱加热，每隔20min取出混合一次，2h后取出冷却、分离，得到本发明的可固化颗粒B2。

将多聚甲醛作为本发明的固化剂C2。

将A2、B3、C2分开独立保存，其组合即为一份基于膨胀颗粒与可固化颗粒的裂缝堵剂，当使用时先将膨胀颗粒A2、可固化颗粒B2、固化剂C2分别分散/溶解于20％NaCl溶液中，依次注入待处理油井，固化颗粒B2与固化剂C2的用量比为8∶1(质量比)。

实施例3

将12g丙烯酰胺、4g2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸盐加入到70g清水中搅拌均匀，然后加入0.05g偶氮二异丁脒盐酸盐、0.01gN,N-亚甲基双丙烯酰胺，0.6g甲醛，待其充分溶解后加入15g纳米纤维素，再次搅拌均匀并放入70℃烘箱反应6h形成凝胶块，将凝胶块造粒、粉碎成直径1～1.5mm的颗粒，得到本发明的膨胀颗粒A3。

将20g1mm浮石球放入玻璃瓶中，并置于恒温箱预热至110℃；将2.5g环氧树脂粉末加入预热的浮石球中，并混合均匀；将混合物放入150℃烘箱加热，每隔20min取出混合一次，2h后取出冷却、分离，得到本发明的可固化颗粒B3。

将对甲苯磺酸作为本发明的固化剂C3。

将A3、B3、C3分开独立保存，其组合即为一份基于膨胀颗粒与可固化颗粒的裂缝堵剂，当使用时先将膨胀颗粒A3、可固化颗粒B3、固化剂C3分别分散/溶解于15％NaCl溶液中，依次注入待处理油井，固化颗粒B3与固化剂C3的用量比为10∶1(质量比)。

二、裂缝堵剂的性能评价

应用例1

突破压力梯度测定

实验在120℃、20％NaCl溶液条件下进行，流程如图1所示，其中裂缝模型长30cm，直径4mm，实验系统耐压70MPa。

实验步骤如下：

①将0.75g可固化颗粒B1填入裂缝模型，并注入0.2PV固化剂溶液C1；

②关闭裂缝模型出入口，并将其以出口向下的方式垂直放置于120℃烘箱中24h，令可固化颗粒B1固化；

③将裂缝模型水平放置，打开出入口，并从入口注入1PV浓度为16％的膨胀颗粒A1悬浮液；

④关闭裂缝模型出入口，并将其放置于120℃烘箱中24h，令A1充分膨胀；

⑤打开裂缝模型出入口，并从入口连续注入20％NaCl溶液直至A1从模型中突破，实时监测注入压力变化。

为对比膨胀颗粒与可固化颗粒联用的优势，在其他条件相同的情况下，将本实验与单独16％膨胀颗粒A1做堵剂的实验进行对比，结果如图2所示。

实验结果表明，膨胀颗粒与可固化颗粒联用比单独使用膨胀颗粒的裂缝封堵效果显著改善，膨胀颗粒的突破压力梯度提高近12倍。在可固化颗粒形成的不可动段塞处纵向剖开裂缝模型，对断面进行显微拍照发现(图3)，膨胀颗粒卡堵于可固化颗粒粒间，两者共同作用，对裂缝形成强力封堵。

应用例2

(1)突破压力梯度测定

按应用例1中突破压力梯度测定实验参数与步骤对膨胀颗粒A2、可固化颗粒B2以及固化剂溶液C2组成的堵剂进行裂缝封堵性能测试，在极限泵压下(40MPa)膨胀颗粒未发生突破。实验结果表明，膨胀颗粒与可固化颗粒联用比单独使用膨胀颗粒的裂缝封堵效果显著改善，膨胀颗粒的突破压力梯度显著提高。

(2)解堵性评价

当从裂缝模型出口反向注入20％NaCl盐水时，膨胀颗粒A2在15MPa/m左右即开始产出，且注水速度越大，膨胀颗粒A2产出量越大。以57m/d的速度持续反向注水，裂缝渗透率可恢复10％左右。

应用例3

突破压力梯度测定

在110℃、15％NaCl溶液条件下按应用例1中突破压力梯度测定实验步骤对膨胀颗粒A3、可固化颗粒B3以及固化剂溶液C3组成的堵剂进行裂缝封堵性能测试，在极限泵压下(40MPa)膨胀颗粒未发生突破。实验结果表明，膨胀颗粒与可固化颗粒联用比单独使用膨胀颗粒的裂缝封堵效果显著改善，膨胀颗粒的突破压力梯度显著提高。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种基于膨胀颗粒与可固化颗粒的裂缝堵剂，其特征在于，该裂缝堵剂由分开独立保存的膨胀颗粒、可固化颗粒和固化剂组成，所述可固化颗粒与固化剂的质量比为100:5～20；

所述固化剂为乙二胺、三甲基六亚甲基二胺、六亚甲基四胺、多聚甲醛、聚壬二酸酐、偏苯三酸酐、对甲苯磺酸、苯磺酰氯、双氰胺、二苯基甲基咪唑中的至少一种；

所述可固化颗粒由质量比为100:5～15的硬粒内核和覆膜树脂组成；

所述膨胀颗粒的粒径为0.6～1.5mm，所述可固化颗粒的粒径为0.4～1.0mm。

2.根据权利要求1所述的一种基于膨胀颗粒与可固化颗粒的裂缝堵剂，其特征在于，所述硬粒内核为石英砂、陶粒、玻璃球、浮石球、坚果壳、椰子壳中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的一种基于膨胀颗粒与可固化颗粒的裂缝堵剂，其特征在于，所述覆膜树脂为酚醛树脂、环氧树脂、呋喃树脂、脲醛树脂、有机硅树脂、乙烯酯、聚酯树脂中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的一种基于膨胀颗粒与可固化颗粒的裂缝堵剂的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1:在注入水携带下将膨胀颗粒注入地层裂缝；

S2:在注入水携带下将可固化颗粒注入地层裂缝；

S3:将固化剂溶于水中形成固化剂溶液，再将固化剂水溶液注入地层。

5.一种可固化颗粒的制备方法，其特征在于，用于制备权利要求1所述的可固化颗粒，其步骤如下：

B1：将硬粒内核预热至100～150℃后与粉末状的覆膜树脂混合、搅拌均匀；

B2：将B1制备的混合物放入150～200℃烘箱加热，每隔20min取出混合一次，2h后取出冷却，得到可固化颗粒团；

B3：将B2制备的可固化颗粒团破碎、分离即得到表面均匀包覆树脂的可固化颗粒。

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